日本冷凍空調学会賞

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技術賞

快適ノンストップ暖房技術を搭載した寒冷地向けルームエアコン「ズバ暖霧ヶ峰」“Zubadan Kirigamine” Room Air Conditioner for Cold Regionswith Non-Stop Comfortable Heating Technology

1. はじめに外気温度が低い条件でルームエアコンを暖房運転すると，室外熱交換器に霜が付着するため，定期的に室内の暖房を停止して霜取りする必要がある．これを回避する技術として，室外熱交換器を 2 分

竹中直史＊

石村尚平＊

渡辺和也＊

佐藤雅一＊

若本慎一＊

Naofumi TAKENAKA Shohei ISHIMURA Kazuya WATANABE Masakazu SATO Shinichi WAKAMOTO

割し，暖房と霜取りを切り替えるノンストップ暖房技術が実用化されている．しかしこの技術は，(b1)を設置し，0 ～ 10 ℃の範囲でガス冷媒を液に凝縮させるというものである．これにより，ガス冷媒の顕熱を利用す

(d2)

(ii)
ﾉﾝｽﾄｯﾌﾟ
暖房
(従来)

(蒸発)
(c2)

る方式と比較して，霜取りに必要な冷媒流量を 1/6 に抑

2. 開
2.1

発概

要

新冷媒回路式）および本開発（ガス冷媒を液に凝縮させる方式）の冷媒回路と冷凍サイクルの状態を示す．

(a2)

(e2)

(c2)

(b2)

(f2)

(a2)

暖房

(d2)

T=0 ℃
(b3)

(e3)

膨張弁
(iii)
ﾉﾝｽﾄｯﾌﾟ
暖房
(本開発)

(f3)

暖房

(a3)

暖房

(蒸発)

絞り

図１

霜取り(g3)(d3)(g3)(d3) (c3)

(f2)
(g2)

h

流路切替弁

図１に，一般的な霜取り方式である逆サイクル方式と従来のノンストップ暖房（ガス冷媒の顕熱を利用する方

T=0 ℃
(b2)

霜取り(a1)(c1)

ﾎｯﾄｶﾞｽﾊﾞｲﾊﾟｽ弁

制でき，多くの冷媒を暖房に使用できるため，霜取り中にも室内の温風温度を低下させない快適暖房を実現した．

(b1)h(Enthalpy)

(e2)
(g2)

暖房(Liquid) (Gas & Liquid) (Gas)

圧縮機

膨張弁

自技術を発想した．霜取りされる室外熱交換器の上流と下流の 2 か所に，冷媒の圧力と流量を調整する絞り機構

(c1)

霜取り

そこで，熱量が大きな冷媒の凝縮潜熱で霜取りする独

停止

p(Pressure)

四方弁 (a1)p

暖房に十分な冷媒を使用できないという課題があった．

室内熱交換器

室外熱交換器(i)
逆ｻｲｸﾙ方式

T=0 ℃

室内機

p

霜取りに熱量が小さいガス冷媒の温度変化（顕熱）を利用するため，霜取りに多くの冷媒が必要となり，室内の

p-h 線図

冷媒回路
冷媒の流れ 室外機

(a3)

T=Ts_o
(f3)

(c3)

(e3)

(b3)

h

冷媒回路と霜取り運転時の冷凍サイクル（b2）→（c2）→（d2）→（e2）→（a2）の順に循環し，室外機

図 1（i）に示す逆サイクル方式では，四方弁を操作し，を霜取りする一部の冷媒は，吐出配管で主流から分岐し圧縮機から吐出されるガス冷媒を室外熱交換器に流入さて（a2）→（f2）→（g2）→（e2）の順に流動し，主流に戻る．

せて，霜取りする．冷媒は図中の（a1）→（b1）→（c1）→

ここで，蒸発器として動作する熱交換器で外気から熱を（a1）の順に循環する．この場合，室内熱交換器を流動得るため，冷媒の蒸発温度は 0 ℃以下になる．分割したする冷媒の温度が低くなるため，室内の暖房を停止する

2 つの熱交換器の冷媒圧力はほぼ同等であるため，霜取必要がある．

りする冷媒の飽和温度も 0 ℃以下になる．一方，霜は一方，図 1（ii）に示す従来のノンストップ暖房は，室0 ℃以上で溶けるため，霜取りにはガス冷媒の温度変化に外熱交換器を並列に 2 分割し，圧縮機の吐出配管と室よる顕熱のみを利用する．したがって，霜取りに多くの冷外熱交換器の液側配管を接続するホットガスバイパス弁媒が必要となり，室内に供給できる冷媒流量は限られる．

を配置する．霜取り時には，一方の熱交換器で暖房し，他方に圧縮機から吐出される高温高圧のガス冷媒を流入させる．室内を暖房する主流の冷媒は，図中の（a2）→＊三菱電機㈱Mitsubishi Electric Corporation
原稿受理 2021 年 2 月 22 日

冷凍 2021 年 6 月号第 96 巻第 1122 号

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10.75
0.50.25
0Gr/GrRegionI(-)

図２

Region Ⅱ

1Region Ⅲ

M/ML(-)

Q/Qmax (-)

Region Ⅰ-505
Ts_o (℃)

100.750.50.25015Evaporator

図４Region Ⅱ

Region Ⅲ

熱交換器内の冷媒量 M

冷媒の凝縮温度 Ts_o に対する室内暖房能力 Q
HeatingDefrosting

21.5
10.50(i)暖房運転 (ⅱ)下側除霜
Region Ⅰ

Region Ⅱ

図５Region Ⅲ

図３ 冷媒流量 Gr

使用する冷媒流量を削減する方法を考案した．図 1（iii）に示すように，霜取り対象の熱交換器の上流と下流に絞り機構を設置し，蒸発器の上流で主流に戻す構成とした．霜取りに利用する冷媒の圧力を適切に制御しつつ，熱交換器に供給する冷媒流量を調整することで，必要最低限の冷媒流量で霜取りすることが可能になる．

霜取りする冷媒圧力(ⅲ)上側除霜(ⅳ)下側除霜

暖房運転中の室外熱交換器
Ta (Warm discharge air temperature)
Teva (Evaporating temperature)①②①②①②T (℃)

そこで，冷媒の凝縮潜熱を霜取りに利用し，霜取りに

2.2Region Ⅰ

図６4010-20050t (min)100

室内の温風温度 Ta と冷媒の蒸発温度 Teva
（室外温度 To＝2 ℃の場合，①：暖房，②：霜取り）

下側の熱交換器に付着した霜が上側の熱交換器で融解し考案した冷媒回路の具体的な制御方法を数値計算によた水をせき止めて再氷結させるメカニズムを見出し，図５り検討した．図２に霜取りする冷媒の飽和温度 Ts_o にに示すように最初に下側の熱交換器の霜取り，次に上側対する室内の暖房能力 Q を示す．Ts_o が 0 ℃以下の領域の熱交換器の霜取り，最後に下側の熱交換器を再度霜Ⅰと，0 ～ 10 ℃の領域Ⅱ，10 ℃以上の領域Ⅲで暖房能力取りする一連の霜取り運転によって再氷結を防止した．

が異なることがわかる．各領域で室内の暖房能力が変化

2.4する要因を考察する．

図６に，外気温度 To が 2 ℃の条件で暖房したときの室霜取り運転中の温風温度

図３に暖房する室内機と霜取りに利用する冷媒流量

内の温風温度Ta，冷媒の蒸発温度Teva の試験結果を示

Gr を示す．領域Ⅱ，領域Ⅲでは，冷媒の凝縮潜熱を利す．Teva は霜取り運転時に低下するが，冷媒の圧力が変動用することで領域Ⅰに比べて 1/6 の冷媒流量で霜取りでしてもTa が変化しないように圧縮機や絞りの出力を変化さきるので，室内の暖房に多くの冷媒を使用できる．

せる冷媒制御を構築し，正常動作することを確認した．

図４に室外熱交換器に貯留される冷媒量 M を示す．
なお，熱交換器がすべて冷媒液で満たされた場合を 1 と

3. おわりにする．霜取りする冷媒の飽和温度が上昇するにしたがっ今回開発した快適ノンストップ暖房技術は，三菱電機て，熱交換器内で液化，貯留される冷媒が増加する．冷製ルームエアコン「ズバ暖霧ヶ峰 VXV/FD シリーズ，媒の圧力を過度に上昇させると，室外熱交換器に多量のHXV/ZD シリーズ」に搭載された．

冷媒が貯留されるため，冷媒の移動に時間がかかる．

寒冷地では，燃焼式の暖房機器が広く使用されてきた

上記より，効率よく霜取りするには，霜取りする冷媒が，省エネ性に優れるルームエアコンが普及しつつある．

圧力を領域Ⅱの 0 ＜ Ts_o ＜ 10 ℃に制御することが重要

しかし，従来のルームエアコンは，霜取り中の暖房停止であることがわかった．

による室温低下で，快適性が悪化する課題があった．新2.3

残霜レスを実現する霜取り方法

たに開発した快適ノンストップ暖房技術でこの課題を解

上下に 2 分割された室外熱交換器では，上側の熱交換決し，ルームエアコンの寒冷地への普及を促進する．こ器の霜取りで融解した水が，暖房運転される下側の熱交れにより地球温暖化の抑制効果が期待でき，暖房機器の換器に流入して再氷結することが課題であった．そこで，環境負荷軽減に貢献できるものと考えている．

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冷凍 2021 年 6 月号第 96 巻第 1122 号